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거시적 및 미시적 잔여응력의 회절 측정(Diffraction measurements-of residual macrostress and microstress using X-rays, synchrotron and neutrons

전문가 제언: □ X-레이 회절을 이용하는 방법은 결정 및 비정질의 결정구조와 결정상태, 즉 원자의 배열과 관계가 있는 정보를 알아내는데 가장 유력하게 이용되는 실험 방법이다. X-레이 회절에 사용되는 X-레이의 파장은 원자의 크기와 같은 정도로써 물질을 구성하는 원자에 의해 만들어지는 산란파와 서로 간섭해서 회절현상이 일어나며, 그 회절현상은 원자의 배열방법과 밀접하게 관련되어있어서, X-레이 회절패턴으로부터 구조에 대한 중요한 지식을 얻을 수 있다. X-레이 회절을 이용하면 시료에 대하여 비 파괴적으로 정보를 얻을 수 있으며, X-레이 회절패턴은 시료의 결정상태에 따라 많은 영향을 받으므로 정확한 격자상수 측정, 정성 정량 분석 외에도 결정의 배향성, 미소결정의 크기, 결정의 내부 변형 등의 측정에도 이용될 수 있어 본 논문에서 열거된 잔여응력 측정 방법이 가능하다.

□ 중성자 회절을 이용하여 입체 시료의 미시구조 상수의 거시적 평균과 삼차원 응력 분포를 얻을 수 있어, 물질 연구에 매우 강력한 도구가 되었다. 많은 공학 재료에서와 같이 다상으로 이루어져 있을 때, 중성자 회절방법은 각 성분 응력의 거시적 평균을 얻을 수 있는 강력한 방법이다. 예를 들어, 고온에서 만들어진 복합재료는 실온으로 냉각되는 과정에서 열팽창 계수의 차이로 열 잔여응력이 남게 되어 기계적인 성질에 크게 영향을 주게 된다. 재료의 탄성 이종(heterogeneity) 및/또는 소성 이종 특성을 중성자 회절 방법으로 알아낼 수 있다. 또 다른 예를 들면, 표면 처리된 재료 내부의 잔여응력을 중성자 회절을 이용하여 측정이 가능하다. 중성자-레이는 X-레이의 1/100에서 1/1000의 흡수상수를 가지면서 같은 크기의 파장을 가지고 있다. 이러한 중성자-레이의 특성으로 재료에 깊이 침투할 수 있어 센티미터 단위의 입체재료 비파괴 검사가 가능하여 진다. 잔여응력을 측정하기 위하여서는 변형 이전의 격자 간격 d0와 탄성계수를 알아야 하며 분말 회절방법이 d0를 얻는 일반적인 방법이다.
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□ 본 논문에서는 결정구조 고체의 거시적 및 미시적 잔여응력을 X-레이, 싱크로트론 및 중성자 회절을 이용하여 측정하는 방법들에 대하여 리뷰 하였다. 이 세 방법은 같은 회절의 원리를 이용하나 각각 다른 장점들을 가지고 있다. X-레이는 표면 근처의, 중성자는 내부 깊숙이, 싱크로트론 X-레이는 위의 둘 사이의 깊이를 침투, 잔여 응력을 측정 가능하다. 최근에는 결을 가진 박막안의 잔여응력, 균열의 끝 부분에 집중된 국부 응력, 단일 결정안의 잔여응력, 복합물질 안의 거시적 및 미시적 잔여응력과 용접 구조물안의 잔여응력 측정에 이용되고 있다.

저자: Tanaka, K; Akiniwa, Y
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